發(fā)展抽水蓄能對實現(xiàn)“零碳”目標至關重要

張博庭

（中國水力發(fā)電工程學會，北京市 100044）

0 引言

剛剛閉幕的第26屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP26）認為，近年來世界各國在落實《巴黎協(xié)定》的碳減排承諾方面，雖然取得了不小的成績，但距離全球要把溫升控制在1.5℃之內的目標，還有很大的差距。各國還必須加速能源轉型，盡早地讓化石能源退出歷史舞臺。目前，100%地使用可再生能源，被認為是最可行的“碳中和”方式。但在目前的化學儲能技術還不能滿足電網大規(guī)模使用的情況下，開發(fā)建設抽水蓄能電站就成為各國實現(xiàn)100%由可再生能源供電的首選[1]。

1 實現(xiàn)“碳中和”的前提是“零碳”的電力

各國實現(xiàn)“碳中和”首先是要實現(xiàn)“零碳”的電力供應。因為，從可持續(xù)發(fā)展的角度看，未來人類能源的來源，只能是可再生能源。而當前人們獲得可再生能源的最有效方式，主要是發(fā)電。所以，人們只有先實現(xiàn)了“零碳”的電力供應，再通過不斷地擴大電能替代，逐步解決交通、建設、冶金、化工等領域的碳排放，才能最后實現(xiàn)“碳中和”的社會。

也有人認為：即使電力不能實現(xiàn)“零碳”，還可以通過其他碳匯，實現(xiàn)電力的“碳中和”。但是，我們要知道，目前人類社會的電氣化水平只有30%左右。未來我們要實現(xiàn)全社會的“碳中和”，即使實現(xiàn)了“零碳”的電力，還有要逐步替代60%多各種能源的艱巨任務。因此，如果我們連電力都不能做到“零碳”，如何替代其他各種能源？況且，在其他領域，我們幾乎不可能替代全部的化石能源，所以，必須需要創(chuàng)造其他的碳匯來解決?？傊?，如果我們的電力都需要碳匯的平衡，才能做到零碳，那么整個社會的“碳中和”幾乎是沒有可能的。

所以，實現(xiàn)“碳中和”的前提，是先實現(xiàn)100%的由可再生（初期至少是非化石）能源供電[2]。國際上很多權威的能源研究機構通過分析各國的資源情況，都曾預測說，多數(shù)國家都可以在2050年實現(xiàn)100%地由可再生能源供電[3]。這不僅在技術上可行，而且經濟上最優(yōu)。

2 在當前科技水平下，抽水蓄能是電力“零碳”的基石和保障

抽水蓄能在將來的“零碳”電力中非常重要，因為未來主要的能源來自水、風、光（但因水能資源非常有限），為了解決大量的風、光供電的間歇性、隨機性與用電負荷之間的矛盾。目前最有效的手段還是蓄能調蓄。

解決電網對新能源的接納的方式，還有電化學儲能。不過，目前我們的電化學儲能技術水平，還難以滿足電網大規(guī)模使用的需求。鋰電池技術雖然成本上已經問題不大，但是其安全性和耐久性還難以滿足需要大規(guī)模電網的儲能要求。今年以來，北京的豐臺和澳洲最大的化學儲能電站都先后發(fā)生過大型火災事故。此外，氫能也是一種很好的儲能方式，不過目前電解水制氫能的成本還比較高。大規(guī)模的利用也存在著巨大障礙。

也許到未來的某一天，鋰電池儲能技術能出現(xiàn)重大突破，解決了安全性和耐久性的致命弱點，或者氫能的儲能成本出現(xiàn)大幅下降。但是，就目前的技術水平而言，電網中最可行的大規(guī)模儲能方式還是抽水蓄能[1]。

3 中國發(fā)展抽水蓄能的需求最為迫切

目前國際上對抽水蓄能的需求，還不是十分迫切。因為發(fā)達國家的發(fā)電方式大都已經完成了從煤炭向油氣的轉化。油氣發(fā)電的調節(jié)性能比煤炭好得多。承受50%以內的風光發(fā)電基本沒有問題?，F(xiàn)階段各個發(fā)達國家的風光發(fā)電，都還沒有超過50%，所以，對抽水蓄能的需求，似乎還不是十分迫切。但隨著未來風光裝機比重的上升，以及“零碳”電力的到來（油氣發(fā)電的退出，完全依靠可再生能源），抽水蓄能的開發(fā)建設一定會成為一個非常重要的方向（除非人類的電化學儲能技術，出現(xiàn)重大的突破）。

與發(fā)達國家的電力發(fā)展不同，中國對抽水蓄能有特殊的需求。因為中國的資源稟賦，幾乎沒有條件實行高碳向低碳轉化（油氣資源有限），發(fā)電方式需要直接由煤炭轉向可再生能源。這樣，中國的能源轉型從一開始就需要有大量抽水蓄能作為支撐。而國際社會對抽水蓄能的需求，則主要體現(xiàn)在能源轉型的最后階段，也就是油氣發(fā)電開始退出和高比例使用可再生能源階段。

由于煤電的靈活性非常差，因此煤電只能給非常少量的風光調節(jié)。所以，中國的能源轉型，除了靠常規(guī)水電的支撐以外，必須要有大量的抽水蓄能。這樣才有可能容納較多的風光發(fā)電。除此之外，煤電本身的效益，也非常需要抽水蓄能來保障。只有具備一定數(shù)量的抽水蓄能，才能保障讓煤電機組，處于基荷運行，取得最佳的經濟效益。所以，就中國的電力而言，無論是目前的以煤電為主，還是今后將從煤炭發(fā)電直接轉向可再生能源發(fā)電，都需要大量的抽水蓄能。所以，中國對抽水蓄能的需求十分迫切。

4 中國抽水蓄能的發(fā)展經歷了較大的曲折

目前世界上抽水蓄能比例最高的國家是日本，裝機超過常規(guī)水電。這主要是得益于日本的電力體制（分區(qū)域競爭，廠網一家）非常適合發(fā)展抽水蓄能。因為早期的抽水蓄能主要是為煤電、核電等適合基荷發(fā)電服務的，通過抽水蓄能的調節(jié)，讓煤電、核電處于長時間的基荷發(fā)電，從而可取得巨大的效益。

中國的早期電力體制也是發(fā)廠網不分的，所以，在早期的電力發(fā)展規(guī)劃中，也曾經規(guī)劃在2020年的抽水蓄能裝機容量要達到1億kW。但由于抽水蓄能電站的特點是，運行的費用在電網側，但效益卻要產生在發(fā)電側。因此，2002年在我國廠網分開的體制改革之后，抽水蓄能的發(fā)展就開始遭到了冷遇。到“十二五”電力規(guī)劃中的2020年，抽水蓄能目標已經降低到了6000萬kW，“十三五”繼續(xù)降低到了4000萬kW。而實際結果是，到了“十三五”末的2020年，我國的抽水蓄能裝機容量僅有3100多萬千瓦。

目前即便是中國這點少得可憐的抽水蓄能，在現(xiàn)實中其實也是用處不大的。因為，用煤電調峰，畢竟是發(fā)電廠花錢，而用抽水蓄能調峰，難免電網要花自己的錢。因為，電網在電力行業(yè)中，具有優(yōu)勢的地位和巨大的話語權，很長一段時間，中國電力界的主流聲音，總是強調要建設煤電給新能源調峰。因而導致中國電力行業(yè)的現(xiàn)狀，不僅已經是煤電產能嚴重過剩，而且如果不讓這些過剩的煤電擔負電網的調峰任務，煤電廠就活不下去。但如果讓煤電調峰，抽水蓄能的作用和效益就無法保證[4]。

如果中國沒有廠網分開的電力體制改革，或者我們電力改革的政策沒有把業(yè)內最強勢的電網企業(yè)放到了能源轉型的對立面，那么中國目前的11億kW的煤電機組，很可能只有7億～8億kW，同時可以增加大量的抽水蓄能，使得中國的抽水蓄能一方面為煤電調峰，一方面為風光調峰。不管煤電什么時候需要退出，抽水蓄能在電網中都是非常有用的。

5 中國要實現(xiàn)“雙碳”目標，必須要大力發(fā)展抽水蓄能

大家知道，中國最近發(fā)布了《抽水蓄能發(fā)展中長期規(guī)劃（2021～2035年）》（簡稱《規(guī)劃》），大幅度地加快抽水蓄能的開發(fā)建設[5]。為什么呢？因為自從去年12月，國家主席習近平在氣候峰會上宣布，到2030年，“風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上”。2021年4月，習近平在領導人氣候峰會上強調：中國將嚴控煤電項目，“十四五”時期嚴控煤炭消費增長、“十五五”時期逐步減少。

習主席的這些承諾，如何得到落實？中國當前的風、光裝機容量總共才不到6億kW。然而，為滿足這些風、光裝機的入網，中國現(xiàn)有除風、光外的約16億kW裝機容量（其中11億kW為煤電）幾乎都要為風電、光伏的入網提供調峰服務保障。接下來不到十年，我國風、光的裝機容量至少要增加近1倍多，顯然，相應其他各類電源顯然都不可能再同比例地增加。此外，中國要如期實現(xiàn)“碳中和”，2050年我國的風、光裝機容量至少要超過50億kW。因此，滿足如此大規(guī)模的風、光裝機的入網需要，根據(jù)目前的技術水平，我們必須要大力發(fā)展抽水蓄能，專門作為儲能用的調峰電源。

總之，中國要實現(xiàn)雙碳目標，必須要大力發(fā)展抽水蓄能。要知道，在正式的《規(guī)劃》頒布之前，《規(guī)劃》的征求意見稿所提出的抽水蓄能建設目標，比這還要高得多。曾要求2035年的抽水蓄能裝機容量達到3億kW。后來因為各征求意見時多數(shù)人都認為做不到，所以，才回避矛盾降低到了現(xiàn)在正式出臺的2030年1.2億kW的水平。因此，即使中國2030年抽水蓄能的裝機容量達到了1.2億kW，要想如期實現(xiàn)“碳中和”還是要有相當?shù)碾y度。所以，如果2035年中國的抽水蓄能裝機容量達不到3億kW，必須要采取大規(guī)模開發(fā)常規(guī)水電的方式予以彌補。否則，中國“碳中和”的目標，恐怕還是很難如期兌現(xiàn)。

6 煤電調峰，別說“碳中和”，連“碳達峰”都無法實現(xiàn)

不知道大家是否注意到，其實中國早在2013年就曾一度實現(xiàn)了“碳達峰”。其原因，就是因為2009年中國的煤炭價格的高企，國內的煤電行業(yè)普遍出現(xiàn)了成本倒掛的嚴重虧損，不愿意再新建煤電廠。

所以，在2009年“十二五”的前夜，能源電力行業(yè)幾乎非常一致地把滿足社會電力需求增長的希望，寄托在了水電、核電和風電上（當時的光伏發(fā)電成本還非常高）。為此，我國的“十二五”規(guī)劃，曾要求“十二五”期間水電的新開工量達到1.2億kW。盡管后來我國的核電發(fā)展規(guī)劃，由于日本福島的“3·11”地震事故而擱淺。但是，僅僅是我們當時大力發(fā)展的水電和風電，就已經連續(xù)多年滿足了我國社會電力需求增長的需要[6]。

遺憾的是，后來到2012年前后煤炭行業(yè)出現(xiàn)了嚴重的產能過剩，煤價出現(xiàn)大幅下跌。煤電企業(yè)的利潤大增，新建燃煤電廠的積極性重新高漲。再加上2014年中央審批權下放，各地新的燃煤電廠建設規(guī)模嚴重失控。以至于到2016年，我國由于全國性大規(guī)模的“三棄”（棄水、棄風、棄光），終于壓制住了我國可再生能源快速大發(fā)展的良好勢頭。

風電的年新增裝機容量從最高的年份4千多萬千瓦，猛跌到1千多萬千瓦；水電的投資和年新增發(fā)電量，都比最高峰時下降了90%左右。社會新增的電力需求的市場份額，幾乎完全都被煤電奪回。所造成的最后結果，自然就是我國的碳排放量從2017年之后，重新恢復增長（見圖1）。

圖1 中國、美國、歐盟、日本“碳達峰”到“碳中和”時間Figure 1 The time node of carbon peak & carbon neutrility in China，USA，EU & Japan

今天，盡管當年我國“社會用電的增量完全擺脫煤電”的大好局面已經喪失，但是，歷史已經用無可辯駁的事實，向我們證明過了：在我國現(xiàn)有的資源和技術水平下，已經具備了完全依靠可再生能源的增長，來滿足社會發(fā)展用電增量的條件和可能（即：完全有條件實現(xiàn)“碳達峰”）。

7 結束語

如果儲能的科學技術不能出現(xiàn)重大的突破，抽水蓄能必將是未來人類“零碳”電力中的絕對主力。對于中國這種直接由高碳向零碳轉型的國家來說，抽水蓄能的需求則更為迫切。這不僅是未來實現(xiàn)“碳中和”所必須的，而且也是盡快實現(xiàn)“碳達峰”所必須的。所以，從現(xiàn)在開始，中國就必須要把抽水蓄能的建設，提到一個非常重要的議事日程上來。與此同時，中國還應該吸取教訓（實現(xiàn)了“碳達峰”之后又出現(xiàn)反復），盡快肅清違背科學的倡導“煤電調峰”的不良影響，否則，不僅抽水蓄能的發(fā)展不可能順利，恐怕連“碳達峰”的目標都難以實現(xiàn)[7]。所以，“嚴控煤電”是中國抽水蓄能大發(fā)展的基本前提。